基于ARM-Linux平臺及GPRS技術的家庭智能控制系統

2.1 ARM 中央控制模塊

　　ARM 中央控制模塊由ARM9 控制器、FLASH、SDRAM、電源及復位模塊、LCD 觸摸屏及相關外圍電路組成。系統選用SAMSUNG 的基于ARM920T 內核的16/32 位RISC 處理器S3C2440 作為控制器。

　　S3C2440 處理器功能強大、性價比高、功耗低，除具有一般嵌入式芯片所具有的總線、SDRAM 控制器以外，還具有豐富的擴展功能接口，內部集成了TFT/STN LCD 和觸摸屏控制器、SD MMC 存儲卡接口和攝像頭接口等大量的功能模塊，便于構建外圍電路，視頻處理能力非常強。系統采用64M 的NAND 型Flash K29F2808 來存放系統啟動代碼、內核代碼及根文件系統；SDRAM 選用2 片HY57V561620CTP-H 構成容量為64MB 高速動態隨機存儲器。

　　2.2 ZigBee 模塊

　　為了滿足家庭智能系統簡潔、方便的要求，系統采用ZigBee 無線通信技術組建家庭網絡。ZigBee 是一種新興的短距離、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信技術。ZigBee 模塊采用支持IEEE802.15.4 協議，技術成熟的CC2430 芯片。經測試，室內有效傳輸距離為30~40m,完全能夠覆蓋普通家庭環境。下面從抗干擾及功耗兩方面闡述本設計的可行性。

　　2.2.1 Zigbee 抗干擾性能分析

　　ZigBee 技術的抗干擾特性主要是指抗同頻干擾。

　　IEEE802.15.4 標準中提供了很多抗干擾機制[2],比如：空閑信道評估，動態信道選擇，信道算法等。實驗證明，正確選擇信道，增大頻偏，ZigBee 與Wi-Fi可以近距離（小于2m）共存；藍牙采用調頻技術，對ZigBee 的干擾很小，兩者能很好的共存；WirelessUSB可以根據干擾環境自動變換信道，因此完全可以同ZigBee 共存；此外，為了減小無繩電話（2.4GHz）對ZigBee 的干擾，設計中ZigBee 設備放置在離客廳中心較遠的地方，使干擾源盡量遠離ZigBee 網絡，經測試可行；當微波爐與ZigBee 設備距離大于1m 時，干擾則可以忽略不計。因此ZigBee 在2.4GHz 頻段能可靠地與Wi-Fi、藍牙、WirelessUSB 以及家用無繩電話和微波爐共存。

　　2.2.2 Zigbee 功耗分析

　　ZigBee 模塊支持多種工作模式，包括運行（發送與接收）、空閑和休眠等。通過監測傳感器節點的正常工作，發現節點大部分時間處于空閑狀態。而空閑模式的功率消耗與運行模式大體相同，收發模塊長期處于空閑模式會消耗大量能量。因此，當節點空閑時應使其處于休眠狀態。當需要節點工作時，通過外部中斷或定時中斷將其喚醒，進入運行狀態。本設計經測試，系統運行一個月后，電池電壓變化輕微，實際應用中兩節普通5 號干電池使用壽命超過一年。

　　2.3 GPRS 模塊

　　GPRS（General Packet Radio Service），即通用分組無線服務技術，是一種以GSM 為基礎的數據傳輸技術。GPRS 采用分組交換技術，支持資源共享，頻帶利用率高，數據傳輸率高。GPRS 最高傳輸率可達171.2kbit/s,支持X.25 協議和IP 協議；用戶永遠在線且按流量、時間計費，通信成本低。因此，將GPRS技術應用于家庭智能控制系統的無線數據傳輸是最佳選擇。

　　GPRS 模塊主要功能是通過GPRS 網絡實現ARM控制器與戶主手機之間的數據交換。經過性能與成本的綜合考慮，系統選用西門子公司的MC55 GPRS 模塊。

　　MC55 集成了完整的射頻電路和GPRS 基帶處理器，提供了完整的GSM 和GPRS 無線接口；支持數據、語音、短消息和傳真等多種通信方式，采用TCP/IP 網絡協議進行通信，GPRS 數據包最高可達1.5K;GPRS 模塊與ARM 控制器采用AT 指令集通過串口進行數據通信。

圖3 ARM 控制器與GPRS 模塊連接圖。

　　如圖3 所示，系統采用SP3238 芯片實現電平轉換，S3C2440 通過UART1 控制MC55,通過GPRS網絡采用短信或撥打電話的方式與用戶手機進行通信來實現對家庭智能系統的遠程控制。